[发明专利]一种磁控溅射半球面薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半球面薄膜的制备方法。

背景技术

现有的薄膜制备技术中的磁控溅射薄膜制备装置，大多数都是在平面上镀膜，也有少数在曲面上或半球内表面镀膜，而在半球面外表面镀膜很少，并且现有的在半球外表面镀膜装置存在不足，具体体现在：对于在大直径半球面外表面膜时，一般靶材要做得很大，靶材尺寸越大，利用率往往越低，这样就造成靶材巨大的浪费问题；由于利用磁控溅射方法制备的薄膜性质与靶基距有密切关系，大靶镀球面薄膜时，靶与球面基底的距离在很大范围内变化，这样在同一辉光区内所镀薄膜的性质将产生明显变化；实现机构复杂，现有的镀半球面薄膜所用的装置，其靶是固定不动的，加热台旋转的同时进行摆动，这样对于待镀件的固定存在问题，而且加热台处机械结构较为复杂，机械运动灵活程度较差，镀膜的均匀性差。

发明内容

本发明为了解决现有制备薄膜所用的靶材尺寸较大，这样对于半球面薄膜，由于靶基距变化而造成镀膜性质不均匀；而且由于靶材尺寸越大，靶材利用率往往越低，从而造成极大浪费；另外现有的镀半球面薄膜的装置，磁控靶固定不动，加热台旋转的同时加热台进行摆动，这样就需要专用夹具来固定待镀件，而且旋转加热台机械结构复杂，运动灵活程度较差，难以形成均一性质的薄膜的问题，本发明提供了一种磁控溅射半球面薄膜的制备方法，具体技术方案采用如下步骤实施：

步骤一、选取镀膜材料作为靶材，并将衬底置于旋转加热台上，该加热台位于真空仓内；

步骤二、密封真空仓，启动真空获得系统，当真空仓内真空度达到1.0×10^-4～9.9×10^-4帕时，通入Ar气，当压强为3～5帕时，启动电离电源，对衬底表面进行电离清洗，电离清洗3～5分钟；

步骤三、电离清洗结束后，启动加热灯组，加热到沉积薄膜所需要的温度，加热温度至25～750℃，并在上述温度下保温10分钟～1小时；

步骤四、向真空仓内通入启辉气体，当真空仓内气体压强在3～5帕时启辉，施加溅射功率，溅射功率为50～400瓦，预溅射3～10分钟，气体流量控制在10sccm～90sccm，真空仓内气体压强降至0.1～2帕，在衬底上施加0～600伏的负偏压，移开挡板；

步骤五、通过步进电机来连续控制旋转加热台的转速，转速控制在15转/分钟内变化，同时用另一步进电机来控制加热台上方靶的运行轨迹，使靶沿着衬底弧线方向做步长为0.1～5度的间歇运动向衬底表面镀膜；

步骤六、步骤五完成后，待真空仓内温度降至室温时即制得半球形薄膜。

本发明采用了磁控溅射靶的绕球心运动与基底转动的复合运动形式，衬底易于固定，镀膜过程稳定。本发明所制备的薄膜性质均匀；膜厚不均匀度小于10％，沉积过程易于控制，靶材的利用率高。本发明能够利用较小的靶制备出较大尺寸的半球面薄膜，小靶镀膜使得靶面到半球形基底的距离变化很小，从而有利于所镀薄膜性质均一；另外避免了样品台处复杂的机械结构，提高了机械运动的灵敏程度，待镀工件装夹方便，薄膜性质和厚度稳定。

附图说明

图1是本发明旋转加热台和靶的平面运动轨迹示意图，图2是靶和旋转加热台俯视运动轨迹示意图。图中1是靶，2是加热台。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的方法采用如下步骤：

步骤一、选用Si(硅)为衬底，以Ge(锗)材料为膜层靶材，并将衬底材料置于旋转加热台上，该加热台位于真空仓内；

步骤二、密封真空仓，启动真空获得系统，当真空仓内真空度达到1.0×10^-4～9.9×10^-4帕时，通入Ar气，当压强为3～5帕时，启动电离电源，对Si衬底表面进行电离清洗，电离清洗3～5分钟；

步骤三、电离清洗结束后，启动加热灯组，加热到沉积薄膜所需要的温度，加热温度至25～750℃，并在上述温度下保温10分钟～1小时；

步骤四、向真空仓内通入启辉气体，当真空仓内气体压强在3～5帕时启辉，施加溅射功率，溅射功率为50～400瓦，预溅射3～10分钟，气体流量控制在10sccm～90sccm，真空仓内气体压强降至0.1～2帕，在衬底上加0～600伏的负偏压，移开挡板；